package Demo2;

import java.util.Stack;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: 34255
 * Date: 2024-07-25
 * Time: 14:44
 */
public class Sort {
    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void insetSort(int[] array){
        int i = 1;
        while (i < array.length){
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            while(j >= 0){
                if(array[j] > tmp){
                    array[j + 1] = array[j];
                }else{
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
                j--;
            }
            array[j + 1] = tmp;
            i++;
        }
    }

    public static void insetSort(int[] array,int start,int end){
        for (int i = start + 1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0 ; j--) {
                if(array[j] > tmp){
                    array[j + 1] = array[j];
                }else{
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }


    private static void shell(int gar,int[] array){
        int i = gar;
        while (i < array.length){
            int tmp = array[i];
            int j = i - gar;
            while(j >= 0){
                if(array[j] > tmp){
                    array[j + gar] = array[j];
                }else{
                    array[j + gar] = tmp;
                    break;
                }
                j -= gar;
            }
            array[j + gar] = tmp;
            i++;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：O(n^1.3 ~ n^1.5)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array){
        int gar = array.length;
        while(gar > 1){
            gar /= 2;
            shell(gar,array);
        }
    }

    private static void swap(int[] array,int i,int j){
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void selectSort2(int[] array){
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if(array[j] < array[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array,minIndex,i);
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array){
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while(left < right){
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if(array[i] > array[maxIndex]){
                    maxIndex = i;
                }
                if(array[i] < array[minIndex]){
                    minIndex = i;
                }
            }
            swap(array,left,minIndex);
            if(maxIndex == left){//可能最大值的下标为left，但是与minIndex交换后，最大值下标变成了minIndex
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array,right,maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }




    //向下调整
    private static void siftDown(int[] array,int parent,int end){
        int child = 2 * parent + 1;
        while(child < end){
            if(child + 1 < end && array[child] < array[child + 1]){
                child++;
            }
            if(array[child] > array[parent]){
                swap(array,child,parent);
                parent = child;
                child = 2 * child + 1;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
    //建堆
    public static void buildHeap(int[] array,int len){
        int pos = (len - 1 - 1) / 2;
        for (int i = pos; i >= 0; i--) {
            siftDown(array,i,array.length);
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array){
        //创建大根堆
        buildHeap(array,array.length);
        int end = array.length - 1;
        while(end != 0){
            swap(array,0,end);
            siftDown(array,0,end--);
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度：
     * 稳定性：
     * @param array
     */
    public static void quickSort2(int[] array){//霍尔法
        quick2(array,0, array.length - 1);
    }

    private static void quick2(int[] array,int start,int end){
        if(start >= end){
            return;
        }
        int pivot = findPivot2(array,start,end);

        quick2(array,start,pivot - 1);
        quick2(array,pivot + 1,end);
    }

    private static int findPivot2(int[] array,int left,int right){//霍尔法
        int tmp = left;
        while(left < right){

            while(left < right && array[right] >= array[tmp]){//不包括等于可能造成死循环
                right--;
            }

            while(left < right && array[left] <= array[tmp]){//不包括等于可能造成死循环
                left++;
            }

            swap(array, left, right);
        }

        swap(array,tmp,left);
        return left;
    }

    public static void quickSort(int[] array){//挖坑法
        quick(array,0, array.length - 1);
    }

    private static void quick(int[] array,int start,int end){
        if(start >= end){
            return;
        }
        //三数取中法优化
        int ret = getMedian(array,start,end);
        swap(array,ret,start);

        //部分区间直接使用插入排序
        if(end - start <= 7){
            insetSort(array,start,end);
            return ;
        }

        int pivot = findPivot(array,start,end);
        quick(array,start,pivot - 1);
        quick(array,pivot + 1,end);
    }

    //三数取中法
    private static int getMedian(int[] array,int left,int right){
        int median = (left + right) / 2;
        if(array[left] < array[right]){
            if(array[left] > array[median]){
                return left;
            }else if(array[right] < array[median]){
                return right;
            }else{
                return median;
            }
        }
        if(array[left] > array[right]){
            if(array[left] < array[median]){
                return left;
            }else if(array[right] > array[median]){
                return right;
            }else{
                return median;
            }
        }
        return median;
    }

    private static int findPivot(int[] array,int left,int right){//挖坑法
        int tmp = array[left];
        while(left < right){

            while(left < right && array[right] >= tmp){//不包括等于可能造成死循环
                right--;
            }
            array[left] = array[right];

            while(left < right && array[left] <= tmp){//不包括等于可能造成死循环
                left++;
            }
            array[right] = array[left];

        }

        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    /**
     * 非递归实现快速排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度：
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void quickSortNor(int[] array) {
        if (array.length != 0) quickNor(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void quickNor(int[] array,int start,int end){
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        stack.push(start);
        stack.push(end);
        while(!stack.isEmpty()){
            int right = stack.pop();
            int left = stack.pop();
            int pivot = findPivot(array,left,right);
            if(pivot + 1 < right){//相差小于2个元素就不进行压栈操作
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(right);
            }
            if(left + 1 < pivot){//相差小于2个元素就不进行压栈操作
                stack.push(left);
                stack.push(pivot - 1);
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array){
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {//优化1
            boolean flag = false;//优化2
            for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {
                if(array[j] > array[j + 1]){
                    swap(array,j,j+ 1);
                    flag = true;
                }
            }
            if(!flag){
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度：
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array){
        if(array.length != 0) merge(array,0,array.length - 1);
    }

    private static void merge(int[] array,int left,int right){
        if(left >= right){
            return;
        }
        //先求出分割点
        int mid = (left + right) / 2;
        //分割
        merge(array,left,mid);
        merge(array,mid + 1,right);

        //归并:将两个有序数组合并成一个有序数组
        mergeArrays(array,left,mid,right);
    }

    private static void mergeArrays(int[] array,int left,int mid,int right){
        int[] ret = new int[right - left + 1];
        int k = 0;
        int s1 = left;
        int s2 = mid + 1;
        while(s1 <= mid && s2 <= right){
            if(array[s1] <= array[s2]){
                ret[k++] = array[s1++];
            }else{
                ret[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while(s1 <= mid){
            ret[k++] = array[s1++];
        }

        while(s2 <= right){
            ret[k++] = array[s2++];
        }

        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i + left] = ret[i];
        }
    }

    /**非递归实现归并排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度：
     * 稳定性：
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array){
        if(array.length != 0) {
            int gap = 1;
            while(gap < array.length){
                mergeNor(array,gap);
                gap *= 2;
            }
        }
    }

    private static void mergeNor(int[] array,int gap) {
        for (int i = 0; i < array.length; i = 2 * gap + i) {
            int left = i;
            int mid = i + gap - 1;
            if(mid >= array.length){
                mid = array.length - 1;
            }

            int right = 2 * gap + i - 1;
            if(right >= array.length){
                right = array.length - 1;
            }
            mergeArrays(array,left,mid,right);
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度：
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array){
        //找到最大最小值
        int max = array[0];
        int min = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(array[i] > max){
                max = array[i];
            }
            if(array[i] < min){
                min = array[i];
            }
        }
        int[] count = new int[max - min + 1];

        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i] - min]++;
        }

        int k = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i] != 0){
                array[k++] = min + i;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}
